中英高校联合研究新成果:3D打印石墨烯基充电电池

水墨黯月 中字

英国曼彻斯特城市大学、切斯特大学以及中国中南大学的一项合作研究向大家展示了如何用石墨烯基PLA(8%的石墨烯)制造储能装置。这项研究证明可用一种更简单、更便宜的方式来制造充电电池。

充电电池的原理

锂离子电池是数码相机、无人机和手机中常见的移动电源组件。电池由正电极(见下图左侧)和负电极(见下图右侧)组成。

中英高校联合研究新成果:3D打印石墨烯基充电电池

供电时,正锂离子天然被对面的负锂离子吸引而向它们移动。最终,负电极变得100%饱和而不再能容纳正离子,此时电池也就没电了。再次充电时,一股电流会通过集电器,从而迫使正电极返回到另一侧。

一种更简单的解决方案

合作研究中的3D打印圆盘电极(3DE)简化了上文介绍的锂离子设置,因为它们不需要集电器,同时也不需要在打印后进行进一步的后期生产或固化。它们的打印材料为石墨烯3D实验室(Graphene 3D Lab3D)公司的掺有石墨烯的BlackMagic3D线材。

中英高校联合研究新成果:3D打印石墨烯基充电电池

3DE的打印过程

这些3DE构成一层独立阳极中的一层,独立阳极一共有六层,一旦六层叠合在一起,这些独立阳极就可以成功地用在锂离子电池内部。

中英高校联合研究新成果:3D打印石墨烯基充电电池

这些阳极还有另外一项可贵的功能:产生氢气,这通常是昂贵的铂电极才能做到的事情。虽然产生气体的效率没有铂那么高,但3DE在析氢反应(HER)中显示出“出乎意料的高催化活性”。这项研究已经发表在《Nature in Scientific Reports》杂志上。

为什么生产不同的电池?

随着世界各地正在越来越多地使用可再生能源,对储能设备的需求在增加。电池的设计和材料具有更大的灵活性能增强可再生能源的整体可持续性。哈佛大学的Jennifer Lewis研究小组也3D纳米打印了用于微型设备的微型电池。

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